JPH01205043A - 潤滑性に優れたCu基耐摩耗合金 - Google Patents

潤滑性に優れたCu基耐摩耗合金

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JPH01205043A
JPH01205043A JP2965288A JP2965288A JPH01205043A JP H01205043 A JPH01205043 A JP H01205043A JP 2965288 A JP2965288 A JP 2965288A JP 2965288 A JP2965288 A JP 2965288A JP H01205043 A JPH01205043 A JP H01205043A
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和彦 森
Muneya Takagi
高木 宗谷
Minoru Kawasaki
稔 河崎
Shinji Kato
真司 加藤
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明はすべり軸受面を構成するための軸受台金に最
適な潤滑性に優れたCu基の耐摩耗合金に関するもので
ある。
従来の技術 従来、すべり軸受面を構成するための軸受台金としては
、ホワイトメタルや、一般にケルメツトと称される銅鉛
合金(Cu−Pb系合金)、さらにはスス゛青銅などが
使用されている。これらのうちCu−Pb系合金は軟質
なpb相と硬質なCu相とが非固溶状態で混在したもの
であって、硬質なCuが荷重を支持する一方、軟質なp
bが窪んで油溜りを形成するとともに固体潤滑剤として
も機能するものであり、このようなCu−Pb系軸受合
金は耐焼付性が優れるとともに、ホワイトメタル等と比
較1れば耐荷重性が大きいため、高速高荷重軸受に適し
ている。但し、このような従来のCu−Pb系軸受合金
は、ホワイトメタル等と比較すれば耐荷重性が高いとは
言えども、それ自体の強度が未だ充分ではないことから
、高速高荷重軸受としてこの種の合金を使用する場合に
は、鋼製の裏金(バックメタル)に接着させた状態の軸
受、すなわちバイメタル軸受どして使用するのが一般的
である<Cu−Pb系軸受合金の従来の一般的な解説と
しては、[金属工学シリーズ1改訂 偶成金属材料とそ
の熱処理」 (社団法人日本金属学会発行)第40頁〜
第41頁参照)。
発明が解決すべき問題点 − 前述のように従来のCLI−pb系軸受合金等にお
いては、それ自体の強度が低いため鋼製のバックメタル
に接着して軸受として用いるのが一般的であるが、この
場合摺動部の形状が複雑な軸受には適用困難となる問題
がある。またこの場合、軸受支持部(ワーク)と軸受部
(メタル)とを個別に作成しておかなければならないた
め、ワークにも高い加工精度が要求され、そのため特に
硬質なワークを用いる場合は加工コストが高くなる問題
がある。さらに従来のCu−Pb系軸受合金は耐摩耗性
が未だ充分とは言えず、そのため耐久性が不充分である
とともに、耐熱性も充分とは言えないのが実情であった
この発明は以上の事情を背景としてなされたもので、軸
受支持部(ワーク)等の基材上に直接溶着(肉盛)する
ことが可能であって、しかも強度、耐摩耗性、耐熱性が
優れ、なおかつ軸受台金に必要な優れた潤滑性を有する
Cu基の合金を提供することを目的とするものである。
問題点を解決するための手段 この発明の潤滑性に優れたCu基耐摩耗合金は、Ni5
〜30wt%、30.1〜5wt%、Si1〜8wt%
、Pb20〜40wt%、残部Cuおよび不可避的不純
物よりなり、Niが固溶したα−Cuからなるα相デン
ドライトの間をN1の硼化物および珪化物が埋めており
しかも非固溶Pb粒子均一に分散した組織を有すること
を特徴とするものである。
作   用 この発明のCu基合金は、金属基材上にレーザやTIG
アーク、プラズマアーク、電子ビームなどの高密度加熱
エネルギを用いて溶@(肉盛)することにより容易に形
成されるものであり、その合金自体の強度が高いことか
ら、軸受に使用する場合にも鋼製のバックメタルを用い
ることなく、直接ワークに溶着して使用することができ
るものである。またこの発明のCu基合金のl1fl織
は、Niが固溶したα−Cuからなるα相のデンドライ
トの間をNiの硼化物、珪化物が埋めており、そのα相
デンドライトとN1の硼化物、珪化物からなるマトリッ
クス(以下これをCu−Niマトリックスと記す)中に
ほぼ球形に近い形状のPb粒子が均一に分散した状態ど
なっている。このような粗織においては、α相自体がN
iの固溶によって強化されるとともに、α相デンドライ
トの間を埋めている硬質なNiの硼化物、珪化物によっ
てさらに強化されて、Cu−Niマトリックスが高強度
と優れた耐摩耗性を示して、荷重を支持する役に]を果
たし、また均一に分散しているPb粒子は軟質で剪断強
さが低いところから、摺動時にPb粒子部分が窪んで油
溜りを形成するとともに固体潤滑作用を果たし、しlζ
がってこのようなI@織により全体として高強度で耐摩
耗性が侵れしかも耐熱性に優れた合金となっている。な
おこの合金は、マトリックスの部分の硬さはHv 13
0〜350程度、全体の平均硬さはHv 100〜25
0程度である。
以下にこの発明の合金における成分限定理由を説明する
Ni: Nlはα−Cuに固溶するとどもに硬質なNiの硼化物
、珪化物を形成し、これらによりCu−Niマトリック
スを強化する役割を果たす。Niが5%未満ではマトリ
ックスを強化する効果が充分に得られず、一方30%を
越えれば溶着の際に割れの発生頻度が著しく高くなるか
ら、5〜30%の範囲内に限定した。
B、Si: これらはいずれも材料に自溶性を与えて溶着性を良好に
する役割を果たすとともに、Niの硼化物、珪化物を生
成してマトリックスを強化し、材料の強度、耐摩耗性を
向上させるに有効な元素である。8001%未満、Si
  1%未満ではこれらの効果が充分に得られず、一方
85%、Si8%を越えれば溶着の際に割れが発生し易
くなる。したがって8は0.1〜5%、Siは1〜8%
の範囲内どした。
Pb: pbは非固溶Pb粒子として分散品出して潤滑性を高め
るに重要な元素である。Pbが20%未満では潤滑性を
高める効果が少なく、一方40%を越えれば3着性、待
に基材との濡れ性を害してしまうから、20〜40%の
範囲内とした。
なお上記各元素のほかは、Cuおよびその他の不可避的
不純物とすれば良い。
実施例 [実施例1] レーザ肉盛法によって基材上に溶着させたこの発明の合
金材料としてのCu−20%Ni−2%Si−1%B−
25%pb−合金の組織を第1図に示す。第1図におい
て灰色で点在している粒子がPI)粒子であり、白色部
分はCu−Niマトリックスである。この溶着合金は、
マトリックスの硬さはHv 180〜210、平均硬さ
Hv130〜180であった。なおこの合金では、Sf
t、Blが多いため自溶性が高く、A1合金からなる基
材上にも容易に溶着させ得ることが確認されており、以
下の実施例2、実施例3の場合も全く同様である。なお
また、このときのレーザ肉盛の条件は次の通りである。
レーザ出カニ  3.6に響 ビーム径: 2.5.。
ビームオシレート周波数:  150Hz処理速度: 
6001+I#I/輔 [実施例2] Cu−28%Ni−8%5i−2%B−20%pbなる
成分組成の合金をレーザ肉盛によって基材上に溶着させ
た。その溶着合金は、実施例1の場合と同様にCu−N
iマトリックス中にPb粒子均一に分散していることが
確認された。またこの合金は、マトリックスの硬さがl
v 300〜320と高く、平均でもHv 240の硬
さを示した。なJ3、このどきのレーザ肉盛条件は次の
通りである。
レーザ出カニ4.5〜 ビーム径: 3.O+1#1 ビームオシレート周波数:  200Hz処理速度:9
00酎/馳 [実施例3] Cu−10%Ni−1%51−5%B−35%pbなる
成分組成の合金をレーザ肉盛法によって基材上に溶着さ
せた。その溶着合金は、実施例1の場合と同様にCLJ
−Niマトリックス中にPb粒子均一に分散しているこ
とが確認された。またこの合金は、マトリックスの部分
の硬さが)lv 140、平均でHν115であった。
なおこの場合のレーザ肉盛条件は次の通りである。
レーザ出カニ4.0韻 ビーム径: 3.0.。
ビームオシレート周波数:35〇七 処理速度:900rRIn/市 [性能評価] 以上の各実施例1〜3の各溶着合金について、次のよう
にして摩耗試験を行なった。すなわち溶着合金層表面に
SUJ焼人材からなるロータの外周面を荷重3Kgで押
し付けつつ、ローターをすべり速度(周速)0.3m/
Sで回転させる摩耗試験をすべり距離200mまで行な
い、試験後の溶着合金(軸受材)およびロータの摩耗量
を摩耗痕面積で調べた。その結果を第2図に示す。なお
比較のため、従来のケルメツト合金(Cu−30%Pb
合金)についても同様な摩耗試験を行なっノζ。
第2図の上段に示すように、この弁明の各実施例1〜3
の合金(軸受材)は、いずれも従来のケルメツト合金よ
り摩耗量が少なく、耐摩耗性が優れていることが明らか
である。なお相手材であるロータの摩耗、すなわち相手
攻撃性については、実施例2の場合にヤヤ大きい値を示
したが、この実施例2の合金は後に改めて示すように他
の実施例の合金よりも高強度でかつ高温での強度も高い
ため、高荷重でかつ耐熱性も必要な場合の軸受に適して
いる。また従来のケルメツト合金の場合には摩耗試験に
おいてCuの部分の凝着が生じたが、この発明の各実施
例1〜3の合金の場合には、マトリックス部分の硬さが
比較的高いため、凝着は生じなかった。
さらに上記各実施例1〜3の合金について、大気雰囲気
において50〜200℃の種々の温度で引張強さを調べ
た結果を第3図に示す。なおこのときの引張試験片は、
第4図に示すような形状寸法を有する丸棒状試験片であ
って、A1合金(JISAC2C)製の基材1の中央部
外周に溝部1aを形成して、その溝部1aに各実施例の
合金2をそれぞれ前記同様なレーザ肉盛条件によって溶
着したものである。
第3図から明らかなように、この発明の各実施例の合金
の場合は、50℃から200℃の高温まで従来のケルメ
ツト合金(CLJ−30%PI)合金)よりも高い強度
を示し、特に実施例2の合金では著しい高強度を示した
発明の効果 この発明のCu基耐摩耗合金は、優れた潤滑性を有して
いて1lT4摩耗性が高いばかりでなく、合金それ自体
の強度が高いため高面圧下で使用される軸受に最適であ
り、またこのように合金自体で高強度を有するため、従
来の軸受台金に必要とされていた鋼等のバックメタルが
不要となり、しかも金属基材上に直接溶着可能となるた
め、軸受支持基材上に直接溶着した後に加工によって任
意の形状に仕上げることができ、したがって複雑な形状
の店動部を有する軸受にも適用できるとともに、軸受支
持基材に対する加工精度が低くても良いため低コストで
軸受を構成することができ、さらには耐熱性が良好で高
温強度も高いため、高速回転用の軸受にも適している。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の実施例1の合金の金属!@織写真(
倍率200倍)、第2図は摩耗試験結果を示すグラフ、
第3図は種々の温度での引張強ざを示すグラフ、第4図
は引張試験片の形状寸法を示すための断面図である。 出願人  トヨタ自動車株式会社 代理人  弁理士 霊 山 武久 (ばか1名) 第1図 (x 2001 ◆ 第2図 第3図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. Ni5〜30wt%、B0.1〜5wt%、Si1〜8
    wt%、Pb20〜40wt%、残部Cuおよび不可避
    的不純物よりなり、Niが固溶したα−Cuからなるα
    相デンドライトの間をNiの硼化物および珪化物が埋め
    ておりしかも非固溶Pb粒子が均一に分散した組織を有
    することを特徴とする潤滑性に優れたCu基耐摩耗合金
JP2965288A 1988-02-10 1988-02-10 潤滑性に優れたCu基耐摩耗合金 Expired - Lifetime JPH0762192B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0492545U (ja) * 1990-12-28 1992-08-12
US5188799A (en) * 1991-03-20 1993-02-23 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Wear-resistant copper-base alloy
US6753092B2 (en) * 2001-11-01 2004-06-22 Daido Metal Company Ltd. Multilayer material and manufacturing method of the same
CN114523111A (zh) * 2022-01-13 2022-05-24 西安理工大学 采用电弧重熔对铜基粉末冶金构件进行表面强化的方法

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